De la physiologie à la répartition : adaptations climatiques et sensibilité thermique chez une relique glaciaire
Résumé
A major goal in ecology is to understand the determinants of species distribution. Species distributions result from a dynamic response to biotic and abiotic factors. It is of crucial importance to idenfity limiting factors and their relevance, to identify proximate factors shaping species distributions. In ectotherms, ambient temperature directly influences body temperature and therefore affects physiology, activity budget, and most life history traits. Consequently, abiotic factors (climate) should have a prevalent influence on the distribution of ectotherms. Few species are able to exploit cold climates, raising the problem of their physiological specificities and responses to global change. We studied the ecophysiology and distribution of a boreal species, the adder (Vipera berus). This geographically widespread species (Eurosiberian) meets its southern limit in France (Massif Central). We compared V. berus with the asp viper (Vipera aspis), a sister species with a parapatric distribution limited to southwestern Europe. Our work on thermoregulation, metabolism, hydric sensitivity, and reproductive phenology reveals specific cold adaptations in V. berus that make this species vulnerable to high temperatures, especially during summer. Correlative modeling indicated that climate largely explains the species' distribution. In parallel, mecanistic niche modeling demonstrated the importance of thermal dependence of maintenance costs and reproductive phenology. For instance, southern distribution limits in both species are linked to energetic and hydric constraints while northern limits in V aspis likely involve altered reproductive performance. Past climatic variations (glacial/interglacial periods) have strongly affected the genetic structure of adder populations. Scenarios of future climate change are likely to impact the persistence of this species by 2100 in heathland and peat bogs in the Loire upstream zone.
L'un des objectifs majeurs en écologie est de comprendre les déterminants de la distribution des organismes. La répartition des espèces est le produit d'une réponse dynamique face à l'environnement biotique et abiotique. Il est primordial d'élaborer des inférences solides sur les contraintes pour identifier les facteurs proximaux de la distribution des espèces. Chez les ectothermes, la température corporelle est directement dépendante de la température ambiante qui va affecter la physiologie, le budget d'activité et par conséquent la plupart de leurs traits d'histoire de vie. La prévalence des facteurs abiotiques (climat) sur la distribution des espèces est largement pressentie notamment sur les espèces spécialisées dans l'économie d'énergie. Seul un petit nombre d'espèces d'ectothermes est capable d'exploiter des milieux froids ce qui soulève des questions sur leurs spécificités physiologiques et leurs réponses face aux changements globaux. Nous avons étudié l'écophysiologie et la distribution d'une espèce boréale, la vipère péliade (Vipera berus) dont l'aire de répartition très vaste trouve sa limite sud de répartition en France, dans le Massif Central. Nous avons réalisé des suivis comparatifs avec la vipère aspic (Vipera aspis), espèce soeur à répartition parapatrique limitée au Sud-ouest de l'Europe. Nos travaux sur la thermorégulation, le métabolisme, la sensibilité hydrique et la phénologie de reproduction montrent que l'espèce boréale présente des adaptations spécifiques au froid qui la rendent particulièrement vulnérable aux températures élevées notamment en période estivale. Nos résultats de modélisation corrélative soulignent clairement que le climat est suffisant pour prédire la majeure partie de la répartition des espèces. En parallèle, les modèles de niches physiologiques démontrent l'importance de la dépendance thermique des coûts de maintenance et de la phénologie de la reproduction. En effet, les limites Sud de distributions des deux espèces seraient liées à des contraintes énergétiques et hydriques trop fortes alors que l'altération des performances reproductrices limiterait V aspis au Nord. Les variations climatiques passées (cycles glaciaire/interglaciaire) ont largement impacté la structuration génétique des populations de vipère péliade. Les scenarios de changements climatiques futurs pourraient avoir un impact majeur sur la persistance de l'espèce d'ici 2100 dans les landes et tourbières en zone amont de la Loire.